“無壩不裂”的奇跡：白鶴灘大壩如何用“低熱水泥”筑就“無縫”傳奇

本文轉(zhuǎn)自：人民網(wǎng)-科普中國

在金沙江的干熱河谷中，聳立著一座世界水電工程的巔峰之作——白鶴灘水電站。這座巨型工程擁有多項世界第一的技術(shù)指標(biāo)：規(guī)模最大的地下廠房洞室群、首臺百萬千瓦水輪發(fā)電機組，以及一項被工程界譽為奇跡的成就——300米級特高拱壩全壩無溫度裂縫。這一成就打破了“無壩不裂”的行業(yè)魔咒，展現(xiàn)了中國水電建設(shè)的水平。

圖為白鶴灘水電站下游面全景

大壩作為水電站的核心建筑物，承擔(dān)著擋水重任，其質(zhì)量關(guān)系著整個工程和下游人民的安全。但是，建造一座“無縫大壩”卻面臨著世界級挑戰(zhàn)。

在人們的印象中，用混凝土建造的各種建筑物總是堅不可摧。然而，這種看似強大的材料有一個“天生弱點”——它像石頭一樣抗壓，卻像玻璃一樣怕“拉”。當(dāng)混凝土因為溫度變化而收縮變形時，產(chǎn)生的拉力很容易讓它開裂。

這個問題的根源，來自于混凝土中最重要的成分：水泥。

混凝土材料的強度是靠水泥和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，把其他原料粘接在一起形成整體。化學(xué)反應(yīng)的過程中會放出大量熱量，因而混凝土剛一澆筑時溫度會上升，后期會逐漸冷卻，必然會因為熱脹冷縮產(chǎn)生變形。對于白鶴灘這樣高達(dá)300米的特高拱壩來說，超過800萬立方米的混凝土就像是一個巨大的“發(fā)熱體”，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量如果控制不當(dāng)，變形產(chǎn)生的巨大力量足以撕裂混凝土。

正因如此，溫度控制成為了白鶴灘建設(shè)“無縫”大壩的核心技術(shù)挑戰(zhàn)。在這場與混凝土裂縫的較量中，中國三峽集團的工程師們找到了一把“金鑰匙”——低熱水泥。

與傳統(tǒng)水泥相比，低熱水泥最大的特點就是“冷靜”。它在與水反應(yīng)的初期產(chǎn)生的熱量更少，從源頭上降低了混凝土的“發(fā)燒”程度。這就像是給大壩的“體質(zhì)”進(jìn)行了一次升級改造，讓混凝土在硬化過程中溫度不會升得過高，從而大大降低了后期冷卻時產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險。

然而，新材料的使用并非易事。三峽集團相繼在三峽、溪洛渡、向家壩和白鶴灘、烏東德工程前期項目上進(jìn)行了大量低熱水泥應(yīng)用現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗，逐步掌握了低熱水泥的“脾氣”，建立起嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系。正是這些長期的技術(shù)積累，才為白鶴灘全壩使用低熱水泥奠定了堅實基礎(chǔ)。

除了材料創(chuàng)新，工程師們還研發(fā)了一整套比較精準(zhǔn)的溫控系統(tǒng)。他們根據(jù)低熱水泥的特點總結(jié)優(yōu)化溫度控制的“三期九階段”理論，提出了“小溫差、慢冷卻、早保溫、長養(yǎng)護”的新理念。這就像是呵護一個初生的嬰兒，需要細(xì)心控制環(huán)境溫度，既不能太熱，也不能突然變冷。

圖為白鶴灘大壩澆筑施工期

大壩的智能通水系統(tǒng)為大壩裝上了“智能空調(diào)”，確保每一方混凝土的溫度變化都嚴(yán)格遵循預(yù)設(shè)的曲線。傳統(tǒng)方法需要工人定期巡查，測量混凝土溫度并調(diào)整冷卻水流量，不僅工作量大，而且響應(yīng)滯后。而在白鶴灘水電站，數(shù)以千計的數(shù)字溫度計和智能閥門遍布壩體，實時監(jiān)測混凝土溫度，自動調(diào)節(jié)冷卻水的流量和溫度。科研人員還通過計算機模擬，實時預(yù)測大壩在建設(shè)過程中的“健康狀況”，提前發(fā)現(xiàn)可能的開裂風(fēng)險，并采取針對性措施。這種“未卜先知”的能力，讓溫度控制從被動應(yīng)對變成了主動預(yù)防。

通過全體建設(shè)者的共同努力，白鶴灘大壩創(chuàng)造了令人驚嘆的紀(jì)錄：超過800萬立方米混凝土中沒有發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，所有溫控指標(biāo)符合率全部達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、并遠(yuǎn)超同類工程，徹底打破了“無壩不裂”的行業(yè)魔咒。它證明，通過材料創(chuàng)新與智能控制的完美結(jié)合，我們的工程建設(shè)、管理技術(shù)突破到了新的階段，人類能夠征服自然規(guī)律帶來的挑戰(zhàn)，在崇山峻嶺間筑就工程奇跡。

作者：

中國三峽建工（集團）有限公司金沙江下游工程管理部 工程師 李將偉

審核：

中國三峽建工（集團）有限公司金沙江下游工程管理部 正高級工程師 周孟夏

中國三峽建工（集團）有限公司金沙江下游工程管理部楊鈺琳對本文亦有貢獻(xiàn)